矿井主排水PLC自动控制系统

矿井主排水PLC自动控制系统

本方案采用PLC自动检测水井水位和其它参数，根据水井水位的高低、矿井用电信息等因素，建立数学模型，合理调度水泵运行，可以达到避峰填谷及节能的目的。以下就PLC在煤矿井下主排水控制系统的组成、系统的功能和特点及应用状况作具体详细介绍。

1、概述

随着计算机控制技术的迅速发展，以微处理器为核心的可编程序控制器(PLC)控制已逐步取代继电器控制，普遍应用于各行各业的自动化控制领域。煤炭行业也不例外，但目前煤矿井下主排水系统仍多采用继电器控制，水泵的开停及选择切换均由人工完成，还做不到根据水位或其它参数自动开停水泵，这将严重影响井下主排水泵房的管理水平和经济效益的提高 。

现场排水系统简述：井下原有1口主水井和1口副水井，两个水井下面相互贯通，每个水井中配备两台潜水泵，2趟排水管路。即4台水泵均配备独立的4趟排水管路。由于两口水井底部相互贯通，正常涌水时，主水井中1台水泵工作，1台备用。当1台水泵在工作时，任不能满足排水要求而使水井水位超高限时，PLC自动控制启动另一台备用水泵。此时如果任不能满足排水要求，PLC自动控制启动副井中的水泵。紧急情况下可以同时启动所有排水泵工作。当水井水位下降到最低水位时，PLC自动控制水泵停止运行。各水井及水泵运行参数自动检测，动态显示，并将数据传送到地面生产调度中心，进行实时监测及报警显示。

系统通过检测水仓水位和其它参数，控制水泵轮流工作与适时启动备用泵，合理调度4台水泵运行。系统通过触摸屏以图形、图像、数据、文字等方式，直观、形象、实时地反映系统工作状态以及水井水位、电机工作电流、电机温度、轴承温度、4趟排水管流量等参数，并通过通讯模块与综合监测监控主机实现数据交换。该系统具有运行可靠、操作方便 、自动化程度高等特点，并可节省水泵的运行费用。

2、系统组成

井下主排水泵自动化控制系统由数据自动采集、自动轮换工作、自动控制、后台监控系统及故障记录报警和通讯接口等5个部分组成。

2.1数据自动采集与检测
数据自动采集与检测主要分为两类：

模拟量检测的数据主要有：水井水位、电机工作电流、水泵轴温、电机温度、4趟排水管流量

数字量检测的数据主要有：手动自动控制信号、远方就地控制信号、水泵运行停止状态、水泵故障信号、水泵启动柜断路器状态、电动阀的工作状态与启闭位置、电磁阀状态等

数据自动采集主要由PLC实现，PLC模 拟量输入模块通过传感器连续检测水井水位，将水位变化信号进行转换处理，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，控制排水泵的 启停。电机电流、水泵轴温、电机温度、排水管流量等传感器与变送器，主要用于监测水泵、电机的运行状况，超限报警，以避免水泵和电机损坏。PLC的数字量输入模块将各种开关量信号采集到PLC中作为逻辑处理的条件和依据，控制排水泵的启停。

2.2自动轮换工作

为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未 经及时发现，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井安全，本系统程序设计了4台 泵自动轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使用次数及流量等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相应管 路，使各水泵及其管路的使用率分布均匀，当某台泵或所属阀门故障、某趟管路漏水时，系统自动发出声光报警，并在触摸屏上动态闪烁显示，记录事故，同时将故 障泵或管路自动退出轮换工作，其余各泵和管路继续按一定顺序自动轮换工作，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井安全生产的目的。

2.3自动控制

系统控制设计选用了德国西门子公司S7 200型PLC为控制主机，该机为模块化结构，由PLC机架、CPU、数字量I/O、模拟量输入、电源、通讯等模块构成。

为了保证井下安全生产，系统可靠运行，水位信号是水泵自动化一个非常重要的参数，因此，系统采用了国外著名厂家的防暴超声波液位计做为水位信号的采集及传输，并设置了两套水位传感器，模拟量和开关量传感器，两套传感器均设于水井的排水配水井内，PLC将接受到的模拟量水位信号分成若干个水位段，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，并根据现场具体情况启动或停止水泵。

2.4后台监控系统

后台监控系统系统采用我公司自主研发的最新组态软件RD2000，以强大得Windows 2000 Server为平台，基于SQL Server 2000数据库处理系统，通过图形动态显示水泵运行状态，水井水位状态，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警。

用图形填充以及趋势图、棒状图方式和数字形式准确实时地显示水井水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警，用不同音响形式提醒工作人员注意。

采用图形、趋势图和数字形式直观地显示管路的瞬时流量及累计流量，对井下用电负荷的监测量、电机电流和水泵瞬时负荷及累计负荷量、水泵轴温、电机温度等进行动态显示、 超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，并在屏幕下端循环显示最新出现的故障，以提醒工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。

打 印分为正常打印和异常打印，有定时启动、人工启动、和事件驱动三种启动方式。定时打印所需的各种报表，打印周期可自由设定；人工启动，由操作人员通过人机 界面召唤启动打印；事件驱动，由系统自动根据事件处理结果输出。包括：远动状态、设备投退、遥测越限、遥控操作记录、遥信变位、事件记录、系统设备故障、 交接班记录。

监控主机采用原装研华工控机采用总线网络结构，主站系统和外部计算机系统采用多种灵活方式连接。各个节点硬件配置：显卡、声卡、显示器、网卡、打印机等。

2.5通讯接口

PLC通过通讯接口和通讯协议，与后台监控主机通讯，将水泵机组的工作状态与运行参数传至监控主机，完成各数据的动态显示；同时，操作人员也可利用监控系统地操作界面将操作指令传至PL C，控制水泵运行。PLC同时将水泵机组的运行状态与参数经安全生产监测系统分站传至地面生产调度监控中心主机，与全矿井安全生产监控系统联网，管理人员在地面即可掌握井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态，又可根据自动化控制信息，实现井下主排水系统 的遥测、遥控，并为矿领导提供生产决策信息。监控主机可动态显示主排水系统运行的模拟图、运行参数图表，记录系统运行和故障数据，并显示故障点以提醒操作人员注意。

3、系统功能及特点

l PLC控制程序采用模块化结构，系统可按程序模块分段调试，分段运行。该程序结构具有清晰、简捷、易懂，便于模拟调试，运行速度快等特点。

l 系统根据水位和压力控制原则，自动实现水泵的轮换工作，延长了水泵的使用寿命。

l PLC自动检测水位信号，计算单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。

l 监控主机上动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示水位、流量、压力、温度、电流、电压等参数，超限报警，故障画面自动弹出，故障点自动闪烁。具有故障记录，历史数据查询等功能。

l 系统具有通讯接口功能，PLC可同时与触摸屏及地面监测监控主机通讯，传送数据，交换信息，实现遥测遥控功能。

l 系统控制具有自动、手动工作方式。自动时，由PLC检测水位、压力及有关信号，自动完成各泵组运行，不需人工参与；手动工作方式时，由工作人员选择某台或几台泵组投入，PLC自动完成已选泵组的启停和监控工作；当某台水泵及其附属设备发生故障时，该泵组将自动退出运行，不影响其它泵组正常运。PLC柜上设有该泵的禁止启动按钮，设备检修时，可防止其他人员误操作，以保证系统安全可靠。

l 系统可方便的与厂内其他控系统互联。预留足够的升级接口，能很容易的接入如排风系统监控、瓦斯报警系统监控，视频系统监控等。